Podstawy Technik Wytwarzania, cz. II

Podstawy Technik Wytwarzania, cz. II dr inż. Marcin Słoma Zakład Mikrotechnologii i Nanotechnologii

Rozłączne Bezpośrednie Pośrednie gwintowe, rurowe, wielokątne, plastycznie odkształcane, wielowypustowe, wieloząbkowe czołowe spawane, zgrzewane, bagnetowe, wciskowe lutowane, klejone śrubowe, klinowe, kołkowe, sworzniowe, wpustowe 3 Nierozłączne nitowe

Połączenia gwintowe Połączenia rozłączne, bezpośrednie, kształtowo-cierne, z zastosowaniem gwintów na jednostkach głównych i złączowych. Znajdują zastosowanie jako połączenia ruchowe (zamieniające ruch obrotowy na postępowy np. napędach obrabiarek, prasach, czy podnośnikach) i spoczynkowe (np. połączenie rurowe). 5

Połączenia gwintowe 6

Połączenia rurowe To takie połączenia gdzie przewody rurowe połączone są łącznikami (kształtki, kolanka, trójniki itd.) oraz zaworami do przesyłania czynnika roboczego (płyny) lub w obwodach sygnałowych elektroniki. - gwintowe: w przewodach o niewielkiej średnicy, przy niskich ciśnieniach, w przewodach wiertniczych, - kielichowe: przy niskich ciśnieniach. Montaż polega na włożeniu końca jednej rury do drugiej (kielicha), z uszczelnieniem uszczelką gumową. Nie mogą przenosić obciążeń wzdłużnych. - kołnierzowe przy wysokich ciśnieniach. 8

Połączenia wielokątne Są to połączenia kształtowe w których złącze powstaje przez współpracę kształtu czopu i otworu: - trójkątne, czworokątne, sześciokątne, ośmiokątne. Połączenia wielowypustowe Są to połączenia kształtowe w których złącze powstaje przez współpracę kształtu czopu i otworu: - prostokątne, trójkątne, ewolwentowe. Połączenia wieloząbkowe czołowe Do łączenia wałów za pomocą trójkątnych ząbków naciętych na powierzchniach czołowych przyłączy - z zębami symetrycznymi, z zębami asymetrycznymi. 10 Często stosowane jako połączenia ruchowe.

Połączenia bagnetowe Rozłączne połączenie utworzone przez kołek wykonany w jednym z przyłączy, zazębiony o rowek w drugim elemencie. Montaż (zaryglowanie) polega na osadzeniu elementów w jednym kierunku i następnie na przesunięciu ich względem siebie w kierunku prostopadłym lub skośnym do poprzedniego. - obrotowe, - przesuwane, - obrotowo-przesuwane. 12

Połączenia wciskowe Połączenia elementów o gładkich powierzchniach, oparte na odkształceniach sprężystych, wywołanych wciskiem. Siła tarcia w połączeniu pozwala przenosić moment i siłę wzdłużną. - połączenia wtłaczane wtłoczenie przyłącza do otworu drugiego przyłącza, (warunkowo rozłączne) - połączenia skurczowe nagrzanie przyłącza z otworem w celu zwiększenia jego średnicy, - połączenia rozprężne oziębienie czopa w celu zmniejszenia jego średnicy, (nierozłączne) - połączenia kombinowane gdy występuje więcej niż jeden przedstawionych sposobów montażu. 14 Bezpośrednie Pośrednie dla ceramiki?

Rozłączne Bezpośrednie Pośrednie gwintowe, rurowe, wielokątne, plastycznie odkształcane, wielowypustowe, wieloząbkowe czołowe spawane, zgrzewane, bagnetowe, wciskowe lutowane, klejone śrubowe, kołkowe, sworzniowe, nitowe wpustowe, klinowe, 15 Nierozłączne

Połączenia wpustowe Połączenia wpustowe służą do przenoszenia momentu obrotowego z wału na osadzony na nim element np. koło zębate, koło pasowe, tarczę sprzęgła (lub odwrotnie). Są to połączenia pośrednie, rolę łącznika spełnia wpust osadzony w rowku wału i rowku koła. Zalety: - prosta konstrukcja - niskie koszty wytwarzania - łatwy montaż i demontaż Wady: - brak ustalenia wzdłużnego koła na wale - rowek na wpust osłabia wał - brak dobrego osiowania koła na wale 16

Połączenia klinowe Połączenia analogiczne do wpustowych, eliminujące brak ustalenia wzdłużnego koła na wale. 17

Połączenia kołkowe Kołki są to elementy walcowe lub stożkowe montowane we współśrodkowy otwór w dwóch elementach w celu ich połączenia lub ustalenia. Zadania połączenia kołkowego to: - przeniesienie momentu obrotowego lub siły wzdłużnej (kołki złączne) - dokładne ustalenie wzajemnego położenia części (kołki ustalające) - zabezpieczenie przed przesunięciem wzdłużnym przy obrocie lub obrotem przy przesunięciu wzdłużnym (kołki kierujące) - zabezpieczenie maszyny przed przeciążeniem (kołki zabezpieczające) 19

Połączenia kołkowe Poprzeczne Wzdłużne Styczne Rodzaje kołków: walcowe, stożkowe (1:50), stożkowe z gwintem, walcowe sprężyste, z karbem,... 20

Połączenia kołkowe Rodzaje połączeń: a c) spoczynkowe sztywne, d) spoczynkowe podatne, e) ruchowe obrotowe, f) ruchowe obrotowo-suwliwe, g) ruchliwe suwliwe 21

Połączenia sworzniowe Połączenia sworzniowe stosowane są w połączeniach ruchowych (przegubowych lub wahliwych) np. połączenie tłoka z korbowodem, połączenie ogniw w łańcuchu sworzniowym. Ponadto służą do łączenia wałów lub mogą zastępować połączenia nitowe w celu łączenia blach lub prętów. Sworzeń to kołek walcowy, z dodatkowym zabezpieczeniem przed wysunięciem z łączonych elementów, w postaci zawleczki, nakrętki lub pierścienia osadczego sprężynującego (Segera). 23

Rozłączne Bezpośrednie Pośrednie Nierozłączne gwintowe, rurowe, wielokątne, plastycznie odkształcane, wielowypustowe, wieloząbkowe czołowe spawane, zgrzewane, bagnetowe, wciskowe lutowane, klejone śrubowe, kołkowe, sworzniowe, nitowe wpustowe, klinowe Połączenia konstrukcyjne spoczynkowe Połączenia konstrukcyjne czynne 24

Połączenia konstrukcyjne czynne To powiązania kształtowe lub cierne, o przyłączach wstępnie ukształtowanych, poruszających się względem siebie. Podczas ruchu następuje przeniesienie siły lub momentu. Rozróżnia się następujące rodzaje połączeń: - połączenia łożyskowe, - połączenia prowadnicowe, - połączenia napędowe. Można dodatkowo wyodrębnić proste połączenia sprzęgłowe (kołkowe, sworzniowe), z wyłączeniem złożonych mechanizmów sprzęgłowych. 25

Połączenia łożyskowe Połączenia łożyskowe polegają na osadzenie osi lub wałów w gniazdach łożysk. Wyróżnia się połączenia łożyskowe: - ślizgowe - toczne 26

Połączenia prowadnicowe Służą do przesuwania prowadnika po prowadnicy w ukształtowanych przyłączach. Ze względu na funkcjonalne przeznaczenie połączenia występują połączenia: - spoczynkowe (stałe, przestawne) - ruchowe. W zależności od kształtu toru przemieszczania prowadnika występują połączenia: - prostoliniowe, - krzywoliniowe. W zależność od kształtu zarysu prowadnicy i prowadnika wyróżnia się połączenia: prostokątne, trójkątne, trapezowe, kołowe o zarysie zewnętrznym i wewnętrznym,... 27

Połączenia prowadnicowe ruchowe Prowadnik porusza się po prowadnicy podczas pracy maszyny. Wyróżniamy następujące rodzaje: - połączenia ślizgowe i toczne - połączenia o styku bezpośrednim i o styku pośrednim (np. hydro- i aerostatyczne) - połączenia prostoliniowe i obrotowe. - połączenia trójkątne, prostokątne, trapezowe, kołowe (kształt przyłączy) - połączenia nastawne i nienastawne (sposób nastawiania luzów) 28

Rozłączne Bezpośrednie Pośrednie gwintowe, rurowe, wielokątne, plastycznie odkształcane, wielowypustowe, wieloząbkowe czołowe spawane, zgrzewane, bagnetowe, wciskowe lutowane, klejone śrubowe, kołkowe, sworzniowe, nitowe wpustowe, klinowe 29 Nierozłączne

Połączenia plastycznie odkształcane - połączenia odkształtne (bezpośrednie) o plastycznie odkształconych przyłączach, uzyskanych za pomocą tłoczenia (np. połączenia zaginane, zawijane, zaprasowywane itp.), - połączenia nitowe (pośrednie) o plastycznie odkształconych łącznikach (nity) Połączenia odkształtne: - zawijane - zaginane - skręcane - obciskane - roztłaczane - zgniatane punktowo, liniowo lub miejscowo 30

Połączenia plastycznie odkształcane - Zawijane Uzyskiwane przez zawijanie i zaciśnięcie obrzeży przyłączy elementów wykonanych z miękkich blach stalowych, aluminium i niektórych typów stopów do obróbki plastycznej. Połączenia te są stosowane do produkcji opakowań blaszanych. Połączenia zawijane nie zapewniają szczelności; można ją uzyskać przez dodatkowe lutowanie 31

Połączenia plastycznie odkształcane - Zaginane Uzyskiwane przez zawinięcie jedno- lub wielokrotne krawędzi blach. Występują w określonych rodzajach produkcji (opakowania blaszane, osłony, rury blaszane), a w produkcji typowych maszyn i urządzeń mają zastosowanie ograniczone. Rodzaje połączeń zaginanych: a, b) pojedyncze, d) podwójne, a, b, c) równoległe, d) poprzeczne. 32

Połączenia plastycznie odkształcane - Zaginane 33

Połączenia plastycznie odkształcane Łapkowe Stosowane do wzajemnego łączenia elementów z cienkiej blachy z elementami nieplastycznymi. Połączenie polega na wprowadzeniu łapek jednego elementu w otwory drugiego oraz na odkształceniu (przez skręcanie, zginanie lub inne odkształcenie). Zalety: - prostota wykonania i niska cena w masowej produkcji - nieodkształcone łapki mogą służyć jako wstępne ustalenie łączonych elementów Wady: - połączenie nie może przenosić większych obciążeń - nieestetyczne 34

Połączenia plastycznie odkształcane Łapkowe a) zaginane, b) skręcane, c) zginane, d) radełkowane, e) punktowe, f) nitowe lub zakuwane. 35

Połączenia plastycznie odkształcane Obciskane Uzyskiwane jest przez przewężenie jednego lub dwóch przyłączy elementu lub elementów w kierunku promieniowym na skutek ściskania. a) obciskanie na obwodzie, b) wygniatanie szyjki, c) żłobkowanie, d) przeciąganie 36

Połączenia plastycznie odkształcane Toxowane Utworzone przez przetłaczanie na zimno, znane jako technika nitowania bez nitów, przy użyciu stempla oraz okrągłej matrycy (jedno- lub wielopunktowe). Zalety: - niskie koszty produkcji, - wysoka trwałości oraz niezawodność, - łatwy, jednorazowy cykl, wysoce powtarzalny, Właściwości: - powierzchnie ochronne zostają nieuszkodzone (nie wymaga dodatkowego zabezpieczania), - połączenie jest gazoszczelne, - wytrzymałość na naprężenia dynamiczne jest wyższa niż dla zgrzewu, - można stosować kleje oraz warstwy pośrednie (papier, folia), 37

Połączenia plastycznie odkształcane Toxowane 38

Rozłączne Bezpośrednie Pośrednie gwintowe, rurowe, wielokątne, plastycznie odkształcane, wielowypustowe, wieloząbkowe czołowe spawane, zgrzewane, bagnetowe, wciskowe lutowane, klejone śrubowe, kołkowe, sworzniowe, nitowe wpustowe, klinowe 39 Nierozłączne

Połączenia plastycznie odkształcane Nitowe Są to połączenia plastycznie odkształcalne pośrednie z zastosowaniem łączników (nity). Połączenie uzyskuje się przez odkształcenie jednego końca (lub dwóch) łącznika przechodzącego przez otwór w elementach łączonych. 40

Połączenia plastycznie odkształcane Nitowe 41

Rozłączne Bezpośrednie Pośrednie gwintowe, rurowe, wielokątne, plastycznie odkształcane, wielowypustowe, wieloząbkowe czołowe zgrzewane, spawane, bagnetowe, wciskowe lutowane, klejone śrubowe, kołkowe, sworzniowe, nitowe wpustowe, klinowe 42 Nierozłączne

Połączenia spajane Spajanie - łączenie metali, tworzyw sztucznych z wykorzystaniem ciepła i/lub docisku, w wyniku których otrzymuje się połączenie o fizycznej ciągłości (spawanie, zgrzewanie, lutowanie i klejenie). Rodzaje technik spajania: - zgrzewanie docisk łączonych jednostek i uplastycznienie (termiczne, mechaniczne) - spawanie nadtopienie brzegów przyłączy prowadzące do połączenia się obu elementów - lutowanie powiązanie przyłączy za pomocą dodatkowego metalu (lutowia), w temperaturze w której ułatwione są procesy adhezyjne (zwilżanie) i dyfuzyjne - klejenie - adhezja substancji klejowych do powierzchni łączonych jednostek 43

Połączenia spajane Przygotowanie powierzchni przyłączy polega na usunięciu zanieczyszczeń z powierzchni: - tlenki w temperaturze otoczenia grubość warstewki tlenków zawiera się w granicach 2 5 nm a ich twardość wielokrotnie przekracza twardość materiałów rodzimych (np. Al 43 razy, Cu 4 razy), - inne związki (chlorki, siarczki, węglany), - zanieczyszczenia (smary i inne ciała obce) - utrudniają lub nawet uniemożliwiają spojenie. Usuwanie różnych zanieczyszczeń prowadzi się metodami: - mechanicznymi, - chemicznymi, - fizycznymi. Wszystkie metody spajania wymagają oczyszczenia powierzchni łączonych jednostek! 44

Rozłączne Bezpośrednie Pośrednie gwintowe, rurowe, wielokątne, plastycznie odkształcane, wielowypustowe, wieloząbkowe czołowe zgrzewane, spawane, bagnetowe, wciskowe lutowane, klejone śrubowe, kołkowe, sworzniowe, nitowe wpustowe, klinowe 45 Nierozłączne

Połączenia zgrzewane Odmiana spajania w której uzyskuje się złącza bez dodatkowego spoiwa, przez wywarcie docisku i uzyskanie plastycznego odkształcenia łączonych elementów. Lokalne dostarczenie energii (ciepło, ultradźwięki) umożliwia lub ułatwia przebieg procesu. Powstają trwałe wiązania atomowe pomiędzy łączonymi częściami. Dostarczona energia ułatwia deformację sieci krystalicznej i prowadzi do zbliżenia atomów obu części w obszarze powierzchni styku. Rodzaje zgrzewania: - oporowe (elektryczne) - ultradźwiękowe - zgniotowe - tarciowe - termitowe (szyny kolejowe) - wybuchowe 46 Zgrzewanie polimerów: - termiczne (nagrzany drut, taśma, listwa, płyta) - ultradźwiękowe - tarciowe - pojemnościowe - indukcyjne

Połączenia zgrzewane Zgrzewanie oporowe (elektryczne) Na styku łączonych elementów występuje wysoka rezystancja kontaktowa. Przepływ prądu powoduje nagrzanie obu powierzchni do temperatury plastyczności. Konieczny jest niewielki docisk za pomocą elektrod. Stosowany jest prądu przemienny lub prąd stały. Elektrody wykonane są z miedzi. Metody: - doczołowe - punktowe - liniowe Właściwości - połączenie nie jest przystosowane do przenoszenia większych obciążeń. - możliwe łączenie wielu rodzajów metali - grubość łączonych elementów od 0,01 mm do 20 mm (najczęściej do 3 mm) 47

Połączenia zgrzewane Zgrzewanie oporowe (elektryczne) 48

Połączenia zgrzewane Zgrzewanie ultradźwiękowe Wprowadzeniu drgań mechanicznych o częstotliwości ultradźwięków. Źródłem drgań jest generator wysokiej częstotliwości 20 170 khz. Kierunek drgań jest równoległy do płaszczyzny styku. Pod wpływem nacisku i energii wyzwalanej przez drgania materiał się uplastycznia. Powstaje zgrzeina punktowa a przesuwając sondę, zgrzeinę liniową. Zalety: - łączenie bardzo cienkich folii i drutów. - łączenie różnych materiałów (złącza bimetaliczne) Zastosowanie w przemyśle elektronicznym do łączenia cienkich drutów z elementami metalowymi lub ceramicznymi. Stosowane do łączenia folii miedzianej z rurami w kolektorach słonecznych. 49

Połączenia zgrzewane Zgrzewanie ultradźwiękowe 50

Połączenia zgrzewane Zgrzewanie ultradźwiękowe 51

Połączenia zgrzewane Zgrzewanie zgniotowe - proces prowadzony jest w temperaturze otoczenia - zachowanie właściwości mechanicznych materiałów - prostota procesu i jego niski koszt - doskonała podatność do automatyzacji Ograniczenia spajania zgniotowego: - łączenie jednostek z metali i stopów jedynie o odpowiednich wymiarach i kształtach, - elementy wykonane z metali stopów plastycznych (Al, Cu, Ni, Sn, Pb, Cd, Ag, Au, mosiądze, brązy). - główną wadą jest znaczne zmniejszenie grubości materiału w miejscu spoiny Stosowane przy metalach i ich stopach sprawiających szczególne kłopoty przy stosowaniu innych metod łączenia (np. przy spawaniu i zgrzewaniu). 52

grafit.mchtr.pw.edu.pl/mars/ptw2 mars@mchtr.pw.edu.pl 53